Dichteunterschiede, verursacht durch Temperatur (thermisch) und Salzgehalt (salzhaltig), treiben eine globale Umwälzung der Ozeane an. Kaltes, salzhaltiges Wasser aus den Polarregionen sinkt ab und breitet sich in der Tiefsee aus, während langsameres Aufquellen Wasser andernorts wieder an die Oberfläche befördert. Diese thermohaline Zirkulation, auch als globales Förderband bezeichnet, verteilt Wärme und Kohlenstoff über Jahrhunderte hinweg.

Der Nordatlantik ist ein wichtiges Entstehungsgebiet für Tiefenwasser; der Südliche Ozean um die Antarktis ein weiteres. Der Rückstrom zur Oberfläche ist verteilt und noch nicht vollständig kartiert. Veränderungen des Süßwasserzuflusses durch schmelzendes Eis oder veränderte Niederschlagsmuster könnten die Bildung von Tiefenwasser abschwächen und dadurch die Zirkulation verändern, was insbesondere für den Nordatlantik Klimafolgen haben könnte.

Hinweise auf vergangene Veränderungen der thermohalinen Zirkulation liefern Sedimentablagerungen und Eiskerne. Moderne Beobachtungen basieren auf Tiefseeverankerungen, Bojen und Tracermessungen. Modelle unterschiedlicher Komplexität simulieren die Zirkulation und ihre Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen. Das System bewegt sich langsam, transportiert aber immense Mengen an Wasser und Wärme.

Ein Wasserpaket, das in den Nordischen Meeren absinkt, benötigt möglicherweise tausend Jahre, um seinen Kreislauf zu vollenden.